JP2011206929A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】電流密度の増大を抑制し、圧力室（個別電極）配列間隔を調整する。
【解決手段】圧電アクチュエータ１２は、各圧力室１１Ａの中央部分に対応する複数の第１の活性部Ｓ１と、各圧力室１１Ａの中央部分よりも外周側の部分に対応する複数の第２の活性部Ｓ２とを有する。各第１の活性部Ｓ１に対応して個別電極２１が形成される。各第１の活性部Ｓ１に対応して第１の定電位電極２２の枝電極部２２Ａが、各第２の活性部Ｓ２に対応して櫛歯形状の第２の定電位電極２３の枝電極部２３Ａが形成される。圧力室列方向に対し傾斜して延びる主集合電極２４を有し、個別電極２１、第１及び第２の定電位電極２２，２３は、主集合電極２４を挟んで主集合電極２４の両側に分かれて形成される。第１の定電位電極２２の幹電極部２２Ｂが主集合電極２４に接続される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、インクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドに関するものである。

インクジェットヘッドのような液体吐出ヘッドにおいて、ノズル数を増加させて記録の高画質・高品質を確保するために、圧力室の高密度化の要求がある。圧力室を高密度化して配列すると、隣接する圧力室間の距離が短くなるので、駆動時に、隣接する圧力室への影響、いわゆるクロストークの問題が生じる。

そこで、圧力室を高密度化しても、個別電極の数、つまり信号線の数を増やすことなく、クロストークを抑制することができる液体吐出装置が提案されている（特許文献１，２，３参照）。すなわち、そのような液体吐出装置は、複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに、前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液体吐出ヘッドと、前記圧電アクチュエータに印加する電圧印加手段とを備える液体吐出装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部と、前記第１の活性部に対応する領域と前記第２の活性部に対応する領域に跨ってこれらの領域をともに占めるように形成された個別電極と、前記第１の活性部に対応する領域を占める第１の定電位電極と、前記第２の活性部に対応する領域を占める第２の定電位電極とを備える（特許文献１，２，３参照）。

特開２００９−０８３３３６号公報 特開２００９−０９６１７３号公報 特開２００９−２４１３９３号公報

ところで、少ない走査回数で、短時間で記録できるように、前記圧電アクチュエータを長尺化したという要求がある。しかし、前述したような圧電アクチュエータを長尺化すると、前記第１の定電位電極と前記第２の定電位電極それぞれに接続される電極部（幹電極部）の長さが長くなり、幹電極部の電流密度が増大するという問題が生じる。それにより吐出不良などの記録（印字）に悪影響を与えるおそれがある。これを解決するために、前記幹電極部を太くすることも考えられるが、圧力室（ノズル）の高密度化に不利となる。

そこで、前記幹電極部を２つの部分に分けて形成し、前記幹電極部を短くすれば、前記電流密度の増大を抑制できることが考えられる。つまり、前記幹電極部を、主集合電極を挟んで前記主集合電極の両側に分けて形成し、この主集合電極に２つの部分に分けて形成した幹電極部の一方を接続するようにすればよい、と考えられる。

しかしながら、その主集合電極を圧力室列方向に直交する方向に形成すると、図１０（ｂ）に示すように、各圧力室列において、主集合電極２４’を挟んで隣り合う２つの前記圧力室（個別電極２１）の配列間隔Ｌ１が、他の部分の圧力室（個別電極２１）の配列間隔Ｌ２よりも、主集合電極２４’があることで大きくなる。つまり、主集合電極２４’の幅に応じて、前記主集合電極を形成する部位において圧力室の配列間隔が乱れてしまう。

本発明は、前述したような電流密度の増大を抑制し、圧力室（個別電極）配列間隔を調整することができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、前面に複数のノズルを有し前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室が規則的にかつ平行な複数列状に形成されるキャビティユニットと、このキャビティユニットの背面側に接合され前記各圧力室内の液体を選択的に前記各ノズルを通じて吐出させる圧電アクチュエータとを備える液体吐出ヘッドであって、前記キャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている積層方向から見て前記圧電アクチュエータは、前記各圧力室の中央部分に対応する複数の第１の活性部と、前記各圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する複数の第２の活性部と、前記第１および第２の活性部に対応する領域に対応して形成される個別電極と、前記各第１の活性部に対応して形成される複数の第１枝電極部と前記各第１枝電極部が接続され前記圧力室列方向に延びる第１幹電極部とを有する櫛歯形状の第１電極と、前記各第２の活性部に対応して形成される複数の第２枝電極部と前記各第２枝電極部が接続され前記圧力室列方向に延びる第２幹電極部とを有する櫛歯形状の第２電極と、前記圧電アクチュエータにおいて、前記圧力室列方向に対し傾斜して延びる主集合電極とを有するものであり、前記個別電極、第１電極及び第２電極は、前記主集合電極を挟んで前記主集合電極の両側に分かれて形成されるとともに、前記第１及び第２幹電極部の一方が前記主集合電極に接続されていることを特徴とする。ここで、主集合電極を設ける位置は、個別電極、第１電極及び第２電極が主集合電極を挟んで前記主集合電極の両側に分かれて形成される位置であればよい。

このようにすれば、第１及び第２幹電極部（第１及び第２電極）の長さを長くすることなく、長尺化を図ることができる。第１及び第２幹電極部の長さを長くする必要ないので、１つの幹電極部当たりに流れる電流密度を抑制することができる。よって、幹電極部の電流密度が増大するのを防ぐことができ、過電流などによる記録への影響を抑制することができる。また、第１及び第２幹電極部を太くする必要がないので、圧力室（ノズル）の高密度化に影響を与えない。

請求項２の発明は、請求項１の液体吐出ヘッドにおいて、前記個別電極には、第１の電位とこの第１の電位よりも小さい電位である第２の電位とが選択的に付与され、前記第１電極には前記第１の電位が、前記第２電極には前記第２の電位がそれぞれ付与される、というものである。

このようにすれば、個別電極に付与する電位を選択することで、前記各圧力室内の液体を選択的に前記各ノズルを通じて吐出させることができる。

請求項３の発明は、請求項１または２の液体吐出ヘッドにおいて、前記主集合電極は、前記圧力室列方向における前記圧電アクチュエータの中央部に位置している、というものである。

このようにすれば、第１及び第２幹電極部（第１及び第２電極）の長さを短くすることができるので、１つの幹電極部当たりに流れる電流密度を抑制することができる。

請求項１〜３のいずれか１つの液体吐出ヘッドにおいて、請求項４の発明は、前記積層方向から見て、前記第１及び第２の幹電極部、前記主集合電極は、互いに重なっていないようにし、請求項５の発明は、前記積層方向から見て、前記第１及び第２枝電極部、前記第１及び第２幹電極部、前記主集合電極は、互いに重なっていないようにする、というものである。

このようにすれば、電極材料（ＡｇーＰｄ系金属）のマイグレーションを防ぎ、第１及び第２電極間の短絡を防止することができる。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１つの液体吐出ヘッドにおいて、前記積層方向から見て、前記圧電アクチュエータの、前記圧力室列方向の両側部に形成され互いに平行に延びる第１及び第２側部集合電極を有し、前記第１及び第２幹電極部のうち前記主集合電極に接続されていない幹電極部であって、前記主集合電極を挟んで前記第１側部集合電極側に位置している幹電極部が前記第１側部集合電極に、前記第２側部集合電極側に位置している幹電極部が前記第２の側部集合電極にそれぞれ接続されている、というものである。

このようにすれば、主集合電極に加えて、第１及び第２側部集合電極を設けることで、第１及び第２電極のレイアウトを無理なく行うことができる。

この場合には、請求項６の液体吐出ヘッドにおいて、請求項７の発明は、前記積層方向から見て、前記第１及び第２側部集合電極は、前記第１及び第２幹電極部、前記主集合電極は、互いにと重なっていない、あるいは請求項８の発明は、前記積層方向から見て、前記第１及び第２側部集合電極は、前記第１及び第２幹電極部、前記第１及び第２枝電極部、前記主集合電極は、互いに重なっていない、というものである。

このようにすれば、電極材料（ＡｇーＰｄ系金属）のマイグレーションが防止される。

請求項９の発明は、請求項６〜８のいずれか１つの液体吐出ヘッドにおいて、前記第１幹電極部が、前記主集合電極に接続され、前記第２幹電極部が、前記側部集合電極に接続されている、というものである。

このようにすれば、電位が低い第２電極が、電位が高い第１電極の間に挟まれるようになるので、電界の漏れが防止される。

請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれか１つの液体吐出ヘッドにおいて、前記主集合電極は、前記圧力室列方向に対し一定の傾きをもって直線状に延びている、というものである。

このようにすれば、前記主集合電極は、前記圧力室列方向に対し一定の傾きをもって直線状に延びているだけであるので、構成が簡単である。

請求項１１の発明は、請求項１〜１０のいずれか１つの液体吐出ヘッドにおいて、前記主集合電極を挟んで隣り合う２つの前記圧力室の配列間隔は、前記主集合電極の両側に形成される前記圧力室列における前記圧力室の配列間隔と同じである、というものである。

このようにすれば、前記個別電極、第１電極及び第２電極を、前記主集合電極を挟んで前記主集合電極の両側に分けて形成しても、各圧力室列において、圧力室の配列間隔を一定にすることができる。

請求項１２の発明は、請求項１〜１１のいずれか１つの液体吐出ヘッドにおいて、前記積層方向から見て、前記圧力室は、前記液体の種類ごとの列として一定の配列間隔でもって複数列状に配列され、かつ前記主集合電極の両側で同種液体の前記圧力室列が前記圧力室列方向に直交する方向においてずれており、前記主集合電極は、前記各個別電極と重なっていない、というものである。

このようにすれば、前記個別電極、第１電極及び第２電極を、前記主集合電極を挟んで前記主集合電極の両側に分けて形成しても、主集合電極を傾斜させることで、各圧力室列において、圧力室の配列間隔を一定にすることができる。

請求項１３の発明は、請求項１〜１１のいずれか１つの液体吐出ヘッドにおいて、前記積層方向から見て、前記圧力室は、前記液体の種類ごとの列として一定の配列間隔でもって複数列状に配列され、前記主集合電極を基準として一側に位置する前記圧力室列を構成する圧力室は、前記圧力室列と隣り合う別の圧力室列を構成する圧力室と、前記主集合電極を基準として他側で前記圧力室列方向に直交する方向において一部重なるようにずれている、というものである。

このようにすれば、前記個別電極、第１電極及び第２電極を、前記主集合電極を挟んで前記主集合電極の両側に分けて形成しても、主集合電極を傾斜させることで、各圧力室列において、圧力室の配列間隔を一定にすることができる。

請求項１４の発明は、請求項１〜１１のいずれか１つの液体吐出ヘッドにおいて、前記積層方向から見て、前記圧力室は、前記液体の種類ごとの列として一定の配列間隔でもって複数列状に配列され、前記主集合電極を基準にして一側に位置する前記圧力室列を構成する圧力室数と、一つの前記圧力室列を挟んで隣り合う別の前記圧力室列を構成する圧力室数との差が１室となる、というものである。

このようにすれば、前記個別電極、第１電極及び第２電極を、前記主集合電極を挟んで前記主集合電極の両側に分けて形成しても、主集合電極を傾斜させることで、各圧力室列において、圧力室の配列間隔を一定にすることができる。

請求項１５の発明は、請求項１〜１４のいずれか１つの液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータは、前記主集合電極に対応する部位で、第１及び第２のアクチュエータ部に分割されている、というものである。

このようにすれば、短尺の圧電アクチュエータを２つ並べて長尺化を図ることができる。

請求項１６の発明は、請求項１〜１４のいずれか１つの液体吐出ヘッドにおいて、前記第１の電極を挟んで上側および下側の圧電材料層が設けられ、前記上側の圧電材料層の上面に前記個別電極が、前記下側の圧電材料層の下面に前記第２の電極がそれぞれ形成されている、というものである。

このようにすれば、上側および下側の圧電材料層を利用して、液体を吐出させるための電極（個別電極、第１及び第２の電極）を配置することができる。

本発明は、上記のように、個別電極、第１電極及び第２電極を、主集合電極を挟んで前記主集合電極の両側に分かれて形成するとともに、前記第１及び第２電極の一方の幹電極部を前記主集合電極に接続するようにしたので、第１及び第２幹電極部（第１及び第２電極）の長さを長くすることなく、圧電アクチュエータの長尺化を図ることができる。第１及び第２幹電極部の長さを長くする必要ないので、前記第１及び第２幹電極部の電流密度、特に前記主集合電極付近での第１及び第２幹電極部の電流密度の増大を防ぐことができ、記録への影響を抑制することができる。

図１（ａ）は本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられるインクジェットプリンタの説明図、図１（ｂ）は本発明にかかるキャビティユニット、圧電アクチュエータ及びフレキシブル配線板（ＣＯＦ）の関係を示す説明図である。 図２（ａ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図３（ａ）はキャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている積層方向から見た、前記圧電アクチュエータについて各電極の位置関係を示す説明図、図３（ｂ）は前記圧電アクチュエータの各圧電材料層における電極の配置の説明図である。 図４（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ他の実施の形態についての図２（ａ）と同様の断面図である。 図５（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ別の実施の形態についての図２（ａ）と同様の断面図である。 図６（ａ）（ｂ）はそれぞれ図５（ａ）に示す実施の形態について、図３（ａ）（ｂ）と同様の図である。 図７（ａ）（ｂ）はそれぞれ他の実施の形態についての図２（ａ）と同様の断面図である。 図８はさらに別の実施の形態についての図２（ａ）と同様の図である。 図９（ａ）（ｂ）はそれぞれ、図８に示す実施の形態についての図３（ａ）（ｂ）と同様の図である。 図１０（ａ）は主集合電極及び側部集合電極と、第１及び第２の定電位電極の第１及び第２幹電極部との関係の説明図、図１０（ｂ）（ｃ）は主集合電極が傾斜している理由の説明図、図１０（ｄ）は変形例の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられるインクジェットプリンタ１は、図１（ａ）に示すように、インクカートリッジ（図示せず）が搭載されるキャリッジ２の下面に、記録用紙Ｐ（記録媒体）に記録するためのインクジェットヘッド３（液体吐出ヘッド）が設けられている。キャリッジ２は、プリンタフレーム４内に設けられるキャリッジ軸５とガイド板（図示せず）とによって支持され、記録用紙Ｐの搬送方向Ａと直交する方向Ｂにおいて往復移動するようになっている。図示しない給紙部からＡ方向に搬送される記録用紙Ｐは、プラテンローラ（図示せず）とインクジェットヘッド３との間に導入されて、インクジェットヘッド３から記録用紙Ｐに向けて吐出されるインクにより所定の記録がなされ、その後排紙ローラ６にて排紙される。

また、図１（ｂ）に示すように、インクジェットヘッド３は、キャビティユニット１１の背面側に、各圧力室１１Ａ内のインク（液体）を前記各ノズルを通じて選択的に吐出させるための圧電アクチュエータ１２が振動板１５を介して接合され、圧電アクチュエータ１２の上面に駆動信号を供給するフレキシブル配線板１３（信号線）が設けられている。なお、キャビティユニット１１は、具体的には、複数枚のプレート部材が積層されてなり、前面に形成される複数のノズル１１Ｂと、複数のノズル１１Ｂの各々は連通する複数の圧力室１１Ａと、この圧力室１１Ａに供給するインクを一時的に貯留するマニホールド１１Ｃを含み、複数の圧力室１１Ａが規則的にかつ平行な複数列状に形成されている。

圧電アクチュエータ１２は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、複数層の圧電材料層１２ａ，１２ｂを積層して形成されている。圧電材料層１２ａ，１２ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料（圧電シート）からなり、その厚
み方向において分極している。なお、図２（ａ）に矢符で示すように、第１の活性部Ｓ１は、個別電極２１に第２の定電位が付与され第１の定電位電極２２に第１の定電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向（分極方向）に分極されている。一方、第２の活性部Ｓ２は、個別電極２１に第１の定電位が付与され第２の定電位電極２３に第２の定電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されている。つまり、電圧が印加される方向と分極方向が同じである。ここで、駆動時において電極間に印加される電圧は、分極時に印加される電圧よりも小さく、電極間に繰り返し電圧を印加することによる劣化を抑制するようになっているのはいうまでもない。

圧電アクチュエータ１２は、第１の定電位電極２２（第１電極）を挟んで上側および下側の圧電材料層１２ａ，１２ｂが設けられ、上側の圧電材料層１２ａの上面に各圧力室１１Ａ毎に設けられる個別電極２１が、下側の圧電材料層１２ｂの下面に第２の定電位電極２３（第２電極）がそれぞれ形成されている。このように上側の圧電材料層１２ａの上面である第１層、上側の圧電材料層１２ａの下面である第２層及び下側の圧電材料層１２ｂの下面である第３層の順に、個別電極２１、第１の定電位電極２２及び第２の定電位電極２３が設けられている（図３（ｂ）参照）。なお、電極２１，２２，２３は、Ａｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなる。そして、圧電アクチュエータ１２は、キャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２とが積層されている積層方向Ｚから見たとき、各圧力室１１Ａの中央部分に対応する部位に、個別電極２１と第１の定電位電極２２との間に圧電材料層１２ａが挟まれる部分を有する(第１の活性部Ｓ１)。そして、圧力室１１Ａの中央部分よりも外周側の部分（具体的には、図２（ａ）における左右部分）に対応する部位に、個別電極２１と第２の定電位電極２３との間に圧電材料層１２ａ，１２ｂが挟まれる部分を有する（第２の活性部Ｓ２）。よって、個別電極２１は、各圧力室１１Ａの第１の活性部Ｓ１に対応する領域と第２の活性部Ｓ２に対応する領域とに対応してこれらの領域をともに占めるように形成されていることになる。つまり、圧電アクチュエータ１２は、複数の圧力室１１Ａに対応する複数の活性部Ｓ１，Ｓ２を規則的に形成するものであり、１つの圧電アクチュエータ１２が、前記積層方向Ｚから見て規則的に配置された複数の活性部Ｓ１，Ｓ２を含んでいることになる。ここで、圧力室１１Ａの中央部分とは、ノズル１１Ｂが配列されているノズル列方向に平行である圧力室列が延びる圧力室列方向Ｘにおける中央部分である。

各個別電極２１は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、接続電極部２１ａを有し、この接続電極部２１ａに、配線部材であるフレキシブル配線板１３の接続端子（図示せず）が接続され、このフレキシブル配線板１３（信号線）を通じて、駆動信号を供給するドライバＩＣ（図示せず）が電気的に接続される。なお、接続電極部２１ａにバンプ（Ａｇ）が付され、このバンプを利用してフレキシブル配線板１３の接続端子が接続される。前記ドライバＩＣ及びフレキシブル配線板１３によって、圧電アクチュエータ１２の第１の活性部Ｓ１及び第２の活性部Ｓ２に駆動電圧を印加する。

つまり、圧力室１１Ａの容積を変化させるために、個別電極２１には、フレキシブル配線板１３を通じて、第１の定電位（この実施の形態では、第１の電位である正の定電位、例えば２０Ｖ）及び第１の定電位よりも小さい定電位である第２の定電位（この実施の形態では、第２の電位であるグランド電位）が選択的に印加される。また、第１の定電位電極２２には、第１の定電位（正の定電位、例えば２０Ｖ）が常時付与され、第２の定電位電極２３には、第２の定電位（グランド電位）が常時付与される。これにより、個別電極２１に第１の定電位が付与されるときには、第２の活性部Ｓ２には電圧が印加されるが、第１の活性部Ｓ１には電圧が印加されず、一方、個別電極２１に第２の定電位が付与されるときには、第１の活性部Ｓ１には電圧が印加されるが、第２の活性部Ｓ２に電圧が印加されないことになる。このように、圧電アクチュエータ１２は、各圧力室１１Ａに対応する個別電極２１を有し、この個別電極２１に、駆動信号として、第１の定電位（正の定電
位）と第２の定電位（グランド電位）とが選択的に付与されることで、後述するように圧力室１１Ａの容積を変化させてノズル１１Ｂからインクを吐出させるようになっている。

続いて、図３（ａ）（ｂ）に沿って、前記積層方向から見たときの電極２１，２２，２３の具体的な配置について説明する。

各個別電極２１は、圧電材料層１２ａの上面（第１層）側に各圧力室１１Ａに対応して圧力室列方向において一定の配列間隔（一定のピッチ）で形成されている。そして、隣り合う列の個別電極２１は、圧力室列方向において前記配列間隔の半分に相当する間隔（いわゆる半ピッチ）だけずれて形成され、それらの列の間であって後述する第２の定電位幹電極部２３Ｂが形成される側において、各個別電極２１の、フレキシブル配線板１３の接続端子（図示せず）が接続される接続電極部２１ａが千鳥状に形成されている。

第１の定電位電極２２は、圧電材料層１２ａの下面側（第２層）に各圧力室１１Ａの第１の活性部Ｓ１それぞれに対応して第１の定電位枝電極部２２Ａが圧力室列方向において一定ピッチで形成され、それらの一端部が、圧力室列方向Ｘに延びている第１の定電位幹電極部２２Ｂに接続されることで、櫛歯形状となっている。

圧電材料層１２ｂの下面側（第３層）には、複数の圧力室１１Ａの第２の活性部Ｓ２それぞれに対応して複数の第２の定電位枝電極部２３Ａが圧力室列方向Ｘにおいて一定ピッチで形成され、それらの一端部が、圧力室列方向Ｘに延びる第２の定電位幹電極部２３Ｂに接続されることで、第１の定電位電極２２と同様に、第２の定電位電極２３も櫛歯形状に形成されている。

このように、前記積層方向Ｚから見たとき、第１および第２の定電位電極２２，２３を共に櫛歯形状とし、第１の定電位枝電極部２２Ａと第２の定電位枝電極部２３Ａとを圧力室列方向Ｘにおいて交互に配置し、かつ第１の定電位幹電極部２２Ｂと第２の定電位幹電極部２３Ｂとを圧力室列方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて交互に配置することで、第１の定電位電極２２と第２の定電位電極２３とが互いに重ならないように形成されている。これにより、クラックが生じるおそれのある部分では、前記積層方向Ｚから見て、第１および第２の定電位電極２２，２３が重ならないようになり、前述したようなクラックを原因とする絶縁破壊及びマイグレーションを防止するようになっている。また、個別電極２１の接続電極部２１ａは、前記積層方向Ｚから見て、第２の定電位電極２３の第２の定電位幹電極部２３Ｂに重なっている。

図１０（ａ）にも示すように、前記積層方向から見て、圧電アクチュエータ２の圧電材料層１２ａの下面側には、第１の定電位電極２２に加えて、圧力室列方向Ｘの中央部に主集合電極２４が形成されている。つまり、第１の定電位電極２２を、主集合電極２４を挟んでそれの両側に分割するように主集合電極２４が形成されている。この主集合電極２４は、圧力室列方向Ｘに対し傾斜して延びている。この主集合電極２４は、階段状に延びていてもよいが、この実施の形態では圧力室列方向Ｘに対し一定の傾きをもって直線状に延びている。ここで、「一定の傾き」の大きさは、圧力室１１Ａの大きさ、圧力室１１Ａの配列間隔、圧力室の間隔等に応じて調整される。また、下側の圧電材料層１２ｂの下面側には、圧力室列方向Ｘの両側部に互いに平行に延びる第１及び第２側部集合電極２５Ａ，２５Ｂがそれぞれ形成されている。これにより、第１及び第２の定電位幹電極部２２Ｂ，２３Ｂの長さを、前記分割をしない場合に比べて短くすることができるので、１つの幹電極部当たりに流れる電流密度を抑制することができる。よって、第１及び第２の定電位幹電極部２２Ｂ，２３Ｂの長さを長くすることなく、長尺化を図ることができる。第１及び第２の定電位幹電極部２２Ｂ，２３Ｂの長さを長くする必要がないので、１つの幹電極部当たりに流れる電流密度を抑制することができる。よって、幹電極部２２Ｂ，２３Ｂの電
流密度が増大するのを防ぐことができ、過電流などによる記録への影響を抑制することができる。また、幹電極部２２Ｂ，２３Ｂの電流密度の増加に対する対策として、第１及び第２の定電位幹電極部２２Ｂ，２３Ｂを太くする必要がないので、圧力室１１Ａ（ノズル）の高密度化に影響を与えない。

このように、主集合電極２４を傾斜させることで、主集合電極２４の両側の圧力室１１Ａの配列間隔を一定の範囲で調整することができる。よって、主集合電極２４の両側の圧力室１１Ａの配列間隔を、図１０（ｃ）に示すように、他の部分の圧力室（個別電極２１）の配列間隔Ｌと一致するように調整することで、各圧力室列において、圧力室１１Ａの配列間隔Ｌを一定にすることができ、配列間隔が乱れるということをなくすことができる。つまり、個別電極２１、第１の定電位電極２２及び第２の定電位電極２３を、主集合電極２４を挟んで主集合電極２４の両側に分けて形成しても、各圧力室列において、圧力室１１Ａの配列間隔を一定にすることができる。

この主集合電極２４及び側部集合電極２５Ａ，２５Ｂを形成することで、個別電極２１、第１の定電位電極２２及び第２の定電位電極２３は、主集合電極２４を挟んで、主集合電極２４の両側に分かれて形成されている。また、個別電極２１、第１の定電位電極２２及び第２の定電位電極２３の分かれて形成された部分は、主集合電極２４と側部集合電極２５Ａ，２５Ｂの間にそれぞれ形成されている。

そして、主集合電極２４と一緒に、圧電材料層１２ａの下面側に形成される第１の定電位電極２２の定電位幹電極部２２Ｂが主集合電極２４の両側に接続されている。側部集合電極２５Ａ，２５Ｂと一緒に、圧電材料層１２ｂの下面側に形成される第２の定電位電極２３の定電位幹電極部２３Ｂ（主集合電極に接続されていない第２の定電位電極２３の幹電極部）は、主集合電極２４を挟んで第１側部集合電極２５Ａ側に位置している幹電極部２３Ｂａが第１側部集合電極２５Ａに、第２側部集合電極２５Ｂ側に位置している定電位幹電極部２３Ｂｂが第２の側部集合電極２５Ｂにそれぞれ接続されている（図１０（ａ）参照）。

なお、積層方向Ｚから見て、主集合電極２４や側部集合電極２５Ａ，２５Ｂが設けられている位置に対応する圧電材料層１２ａ，１２ｂの他の面の部位には、電極が配置されていない。よって、主集合電極２４や側部集合電極２５Ａ，２５Ｂは、個別電極２１はもちろん、第１及び第２の定電位電極２２，２３とは重なっていない。つまり、積層方向Ｚから見て、主集合電極２４，側部集合電極２５Ａ，２５Ｂ、第１及び第２の定電位電極２２，２３（第１及び第２の定電位幹電極部２２Ａ，２３Ａ、第１及び第２枝電極部２２Ｂ，２３Ｂ）は、互いに重なっていない。

そして、積層方向Ｚから見て、圧力室１１Ａは、インクの種類ごとの列として一定の配列間隔でもって複数列状に、例えば５列の圧力室列Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５として配列されている。各圧力室列Ｐ１〜Ｐ５は、主集合電極２４の両側で、１つの同種インクの圧力室列を見ると、圧力室列方向Ｘに直交する方向Ｙにおいてずれている。つまり、各圧力室列Ｐ１〜Ｐ５は、圧力室列方向Ｘに直線状になってはおらず、主集合電極２４の一側で直線状に延びている圧力室Ｐ１Ａ〜Ｐ５Ａは、主集合電極２４を挟んで圧力室列方向Ｘに直交する方向Ｙにおいてずれて、圧力室列Ｐ１Ｂ〜Ｐ５Ｂとして直線状に延びている。つまり、圧力室列Ｐ１〜Ｐ５は、直線状に延びているのではなく、中央部の主集合電極２４の部位で折れ曲がり、Ｚ字形状に延びている。そして、圧力室列方向Ｘに直交する方向Ｙにおけるずれ量に対応して、主集合電極２４の両側において、ノズル１１Ｂからの吐出タイミングをずらせることで、各圧力室列Ｐ１〜Ｐ５が直線状に延びているのと同様に、記録用紙Ｐ上に記録が行われる。

そして、主集合電極２４を挟んで隣り合う２つの圧力室１１Ａの配列間隔は、主集合電極２４の両側に形成される圧力室列における圧力室１１Ａの配列間隔と同じである（図１０（ｃ）参照）。例えば、圧力室列Ｐ１についてみれば、主集合電極２４を挟んで隣り合う２つの圧力室１１Ａの配列間隔Ｌは、主集合電極２４の両側に形成される圧力室列Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂにおける圧力室１１Ａの配列間隔Ｌと同じであり、他の圧力室列Ｐ１〜Ｐ５も同様である。

また、積層方向Ｚから見て、圧力室１１Ａは、インクの種類ごとの列として一定の配列間隔Ｌでもって複数列状に配列され、主集合電極２４を基準として一側に位置する圧力室列Ｐ３Ａを構成する圧力室１１Ａは、主集合電極２４を基準として他側に位置する（１つの同種インクの圧力室列である）圧力室列Ｐ３Ｂと隣り合う別の圧力室列Ｐ４Ｂを構成する圧力室１１Ａと圧力室列方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて一部重なるようにずれている。

さらにまた、圧力室列Ｐ１〜Ｐ５を形成する圧力室１１Ａの総数がそれぞれの圧力室列間において等しい場合、積層方向Ｚから見て、主集合電極２４を基準にして一側に位置する圧力室列（例えば、圧力室列Ｐ１Ａ）を構成する圧力室数と、前記一側において一つの前記圧力室列（例えば、圧力室列Ｐ２Ａ）を挟んで隣り合う別の圧力室列（例えば、圧力室列Ｐ３Ａ）を構成する圧力室数との差が１室となることを意味する。

続いて、前述したインクジェットヘッド３のインク吐出動作について説明する。

まず、個別電極２１に第２の定電位（グランド電位）を付与する第１の活性部Ｓ１への電圧の非印加時（待機時）では、第１の活性部Ｓ１は、分極方向と同じ方向に電圧が印加され、圧電横効果により、圧力室１１Ａに向かう積層方向Ｚに伸張し、その積層方向Ｚと直交する圧力室列方向Ｘに収縮して、圧力室１１Ａ内の方向へ突出変形しようとする。一方、振動板１５は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上側に位置する圧電材料層１２ｂと下側に位置する振動板１５との間で分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じる。このことと、振動板１５がキャビティプレート１１に固定されていることとが相俟って、圧電材料層１２ｂ及び振動板１５は圧力室１１Ａ側に凸となるように変形し（ユニモルフ変形）、待機状態となる。

このとき、第２の活性部Ｓ２は電圧の非印加状態とされ、積層方向Ｚ及び圧力室列方向Ｘにおいて伸縮しない、変形しない状態になる。

そして、個別電極２１に一旦第１の電位（正の電位）を付与し第２の定電位（グランド電位）に戻る、第１の活性部Ｓ１への電圧の印加時（駆動時）には、まず、第１の電位（正の電位）を付与することで、第１の活性部Ｓ１は、積層方向Ｚ及び圧力室列方向Ｘにおいて伸縮しない、変形しない状態となる。

このとき、第２の活性部Ｓ２は、電圧印加状態となり、圧力室１１Ａに向かう積層方向Ｚに伸張し、その積層方向Ｚと直交する圧力室列方向Ｘに収縮しようとするので、拘束プレートとしての振動板１５の働きによって、圧力室列方向側部に位置する第２の活性部Ｓ２が、圧力室１１Ａから離れる方向に反るように変形する。この第２の活性部Ｓ２の変形が、圧力室１１Ａの容積変化を大きくするのに寄与し、マニホールド１１Ｃから圧力室１１Ａにインクを多く吸い込むのに貢献する（引き上げ効果）。

その後、第２の定電位（グランド電位）に戻ることで、前述した待機状態になる場合と同様に、圧電材料層１２ｂ及び振動板１５は圧力室１１Ａ側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）ので、圧力室１１Ａの容積が大きい状態から小さい状態に変化
して、インクの圧力が上昇し、ノズル１１Ｂからインクが吐出される。このとき、第２の活性部Ｓ２は電圧の非印加状態となるので、積層方向Ｚ及び圧力室列方向Ｘにおいて伸縮しない、変形しない状態に戻ることになる。

このように、第１の活性部Ｓ１が、圧力室１１Ａの方向へ突出変形する際には、第２の活性部Ｓ２は変形しない状態に戻るので、第１の活性部Ｓ１の変形の影響が第２の活性部Ｓ２によってキャンセルされ、隣の圧力室１１Ａにはほとんど及ばず、クロストークが抑制される。つまり、第１の活性部Ｓ１に対する電圧の印加と非印加との切替えによる第１の活性部Ｓ１の変形が、隣接する圧力室１１Ａに伝播するのを抑制するように、第２の活性部Ｓ２に対する電圧の印加と非印加が切り替えられる。

このような第１の活性部Ｓ１及び第２の活性部Ｓ２の変形により、インクの吐出動作が繰り返され、各吐出動作において、圧力室１１Ａの容積変化を大きくして吐出効率を高めると共に、クロストークが抑制される。

前述したように、圧電材料層１２ａ，１２ｂに対し、個別電極２１、第１及び第２の定電位電極２２，２３を配置するほか、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように配置することも可能である。ここで、図４（ａ）〜（ｄ）における各電極２２，２３，２４の配置は図３（ａ）（ｂ）に示す場合と同じであるので、同一の符号を用い、その説明を省略する。

また、図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、圧電材料層１２ａ，１２ｂ，１２ｃを用いて、個別電極２１、第１及び第２の定電位電極２２，２３を配置したり、圧電材料層１２ａ〜１２ｄを用いて、個別電極２１、第１及び第２の定電位電極２２，２３を配置したりすることも可能である。

例えば図５（ａ）に示す電極の配置は、前記積層方向Ｚから見ると、図６（ａ）（ｂ）に示すように配置される。この場合、圧電材料層１２ａの上面側だけでなく、圧電材料層１２ｃの下面側にも個別電極２１’が配置され、圧電材料層１２ａ〜１２ｃに形成されるスルーホール２６を通じて個別電極２１の接続電極部２１ａに電気的に接続されるようになっている。

さらに、図７（ａ）（ｂ）に示すよう、１つの圧電材料層１２ａを挟んで、各電極２１，２２，２３を配置することも可能である。この場合には、圧電材料層１２ａの上面側あるいは下面側に個別電極２１が配置され、下面側にあるいは上面側のうち個別電極２１が配置されていない方に第１及び第２の定電位電極２２，２３が配置される。つまり、第１及び第２の定電位電極２２，２３が同じ面に配置されることになる。

個別電極を圧力室の中央部分全体に配置する必要は必ずしもなく、例えば図８及び図９（ａ）（ｂ）に示すように、個別電極２１”を圧力室１１Ａの中央部分の半分に対応する部分だけに形成し、それに対応して第１の定電位電極２２’の枝電極部２２Ａ’することも可能である。

前述したほか、本発明は、次のように変更して実施することもできる。

(i)前記実施の形態では、主集合電極２４に第１の定電位電極２２を、両側部集合電極
２５Ａ，２５Ｂに第２の定電位電極２３を接続しているが，逆に、主集合電極２４に第２の定電位電極２３を、両側部集合電極２５Ａ，２５Ｂに第１の定電位電極２２を接続することも可能である。

(ii)圧電アクチュエータ１２は、主集合電極に対応する部位で、図１０（ｄ）に示すよ
うに、第１及び第２のアクチュエータ部１２Ａ，１２Ｂに分割することも可能である。この場合には、主集合電極２４が、第１及び第２のアクチュエータ部１２Ａ，１２Ｂに対応して第１及び第２の部分２４Ａ，２４Ｂに分割されることになる。

(iii)前記実施の形態では、第１の定電位を正の定電位、第２の定電位をグランド電位
としているが、本発明はこれに制限されるものではない。つまり、第２の定電位は、第１の定電位よりも小さい電位であれば、同様に圧電アクチュエータは動作するので、グランド電位に制限されない。

(iv)本発明は、液体吐出ヘッドがインクジェットヘッドである場合に限定されるものではなく、着色液を微小液滴として塗布、あるいは導電液を吐出して配線パターンを形成するなどの他の液体吐出ヘッドにも適用することができる。

(v)被液体吐出媒体としては印刷用紙だけでなく、樹脂、布などの各種のものを用いる
ことができ、また吐出される液体としてはインクだけでなく、着色液、機能液などの各種のものを用いることができる。

１ インクジェットプリンタ（液体吐出装置）
３ インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
１１ キャビティユニット
１１Ａ 圧力室
１２ 圧電アクチュエータ
１２Ａ，１２Ｂ アクチュエータ部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 圧電材料層
２１，２１’，２１” 個別電極
２１ａ 接続電極部
２２，２２’ 第１の定電位電極
２２Ａ，２２Ａ’ 第１の定電位枝電極
２２Ｂ 第１の定電位幹電極
２３ 第２の定電位電極
２３Ａ 第２の定電位枝電極
２３Ｂ 第２の定電位幹電極
２４ 主集合電極
２５Ａ，２５Ｂ 側部集合電極
Ｐ１〜Ｐ５，Ｐ１Ａ〜Ｐ５Ａ，Ｐ１Ｂ〜Ｐ５Ｂ 圧力室列
Ｌ 配列間隔

Claims (16)

1. 前面に複数のノズルを有し前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室が規則的にかつ平行な複数列状に形成されるキャビティユニットと、このキャビティユニットの背面側に接合され前記各圧力室内の液体を選択的に前記各ノズルを通じて吐出させる圧電アクチュエータとを備える液体吐出ヘッドであって、
   前記キャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている積層方向から見て前記圧電アクチュエータは、
   前記各圧力室の中央部分に対応する複数の第１の活性部と、
   前記各圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する複数の第２の活性部と、
   前記第１および第２の活性部に対応する領域に対応して形成される個別電極と、
   前記各第１の活性部に対応して形成される複数の第１枝電極部と前記各第１枝電極部が接続され前記圧力室列方向に延びる第１幹電極部とを有する櫛歯形状の第１電極と、
   前記各第２の活性部に対応して形成される複数の第２枝電極部と前記各第２枝電極部が接続され前記圧力室列方向に延びる第２幹電極部とを有する櫛歯形状の第２電極と、
   前記圧電アクチュエータにおいて、前記圧力室列方向に対し傾斜して延びる主集合電極とを有するものであり、
   前記個別電極、第１電極及び第２電極は、前記主集合電極を挟んで前記主集合電極の両側に分かれて形成されるとともに、前記第１及び第２幹電極部の一方が前記主集合電極に接続されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記個別電極には、第１の電位とこの第１の電位よりも小さい電位である第２の電位とが選択的に付与され、
   前記第１電極には前記第１の電位が、前記第２電極には前記第２の電位がそれぞれ付与されることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記主集合電極は、前記圧力室列方向における前記圧電アクチュエータの中央部に位置していることを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記積層方向から見て、前記第１及び第２の幹電極部、前記主集合電極は、互いに重なっていないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記積層方向から見て、前記第１及び第２枝電極部、前記第１及び第２幹電極部、前記主集合電極は、互いに重なっていないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記積層方向から見て、前記圧電アクチュエータの、前記圧力室列方向の両側部に形成され互いに平行に延びる第１及び第２側部集合電極を有し、
   前記第１及び第２幹電極部のうち前記主集合電極に接続されていない幹電極部であって、前記主集合電極を挟んで前記第１側部集合電極側に位置している幹電極部が前記第１側部集合電極に、前記第２側部集合電極側に位置している幹電極部が前記第２の側部集合電極にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記積層方向から見て、前記第１及び第２側部集合電極は、前記第１及び第２幹電極部、前記主集合電極は、互いに重なっていないことを特徴とする請求項６記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記積層方向から見て、前記第１及び第２側部集合電極は、前記第１及び第２幹電極部、前記第１及び第２枝電極部、前記主集合電極は、互いに重なっていないことを特徴とす
   る請求項６記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記第１幹電極部が、前記主集合電極に接続され、
   前記第２幹電極部が、前記側部集合電極に接続されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記主集合電極は、前記圧力室列方向に対し一定の傾きをもって直線状に延びていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記主集合電極を挟んで隣り合う２つの前記圧力室の配列間隔は、前記主集合電極の両側に形成される前記圧力室列における前記圧力室の配列間隔と同じであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記積層方向から見て、前記圧力室は、前記液体の種類ごとの列として一定の配列間隔でもって複数列状に配列され、かつ前記主集合電極の両側で同種液体の前記圧力室列が前記圧力室列方向に直交する方向においてずれており、前記主集合電極は、前記各個別電極と重なっていないことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記積層方向から見て、前記圧力室は、前記液体の種類ごとの列として一定の配列間隔でもって複数列状に配列され、前記主集合電極を基準として一側に位置する前記圧力室列を構成する圧力室は、前記主集合電極を基準として他側に位置する前記圧力室列と隣り合う別の圧力室列を構成する圧力室と前記圧力室列方向に直交する方向において一部重なるようにずれていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記積層方向から見て、前記圧力室は、前記液体の種類ごとの列として一定の配列間隔でもって複数列状に配列され、前記主集合電極を基準にして一側に位置する前記圧力室列を構成する圧力室数と、前記一側において一つの前記圧力室列を挟んで隣り合う別の前記圧力室列を構成する圧力室数との差が１室となることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。
15. 前記圧電アクチュエータは、前記主集合電極に対応する部位で、第１及び第２のアクチュエータ部に分割されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。
16. 前記第１の電極を挟んで上側および下側の圧電材料層が設けられ、前記上側の圧電材料層の上面に前記個別電極が、前記下側の圧電材料層の下面に前記第２の電極がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の液体吐出ヘッド。

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